2021 과학리딩모임(줌 온라인) 제4강 노트(2021.03.07): 수면과 꿈

우리는 수면으로 인생의 1/3을 보낸다. 수면과 꿈은 뇌과학 전체에서 비교적 공부하기 쉬운 분야이다. 브레인 공부에는 2개의 창문이 있다. 첫번째는 정신이상(분열, 지폐 등)의 병적인 상태의 규명으로 정신작용 일부를 알게 된다.  두번째는 꿈이다. 정상상태에서 정신작용을 들여다보는 실험도구이다.

꿈과 수면에 대한 중요특징이 5가지이다. 첫번째, 꿈은 “1)보고 2)달리고 3)놀란다”이다. “1)보고”는 90%가 시각 이미지이기 때문이다. 냄새, 촉각은 꿈에서 없다. 말은 inner talking이 약간 있다. 시각연합피질이 주로 활성화된다. “2)달리고”는 누워 있는 꿈은 없다. 어디로 달리는가? 방향을 모른다. 방향감각이 상실된다. 때론 날기도 한다. 그래도 균형을 잡는다. 균형감각인 전정기관, 와우신경이 동작하기 때문이다. 그러나 멀미하지 않는다. 세반고리관이 동작하지 않기 때문이다. 꿈은 동사로 가득하다. “3)놀란다”는 도파민이 많이 분출한다. 놀람 반응을 통해 오프-라인 학습을 하는 것이다.

두번째, 꿈은 뇌의 상태가 결정한다. 상태는 2가지 스위치가 있다. REM -ON 스위치를 ON해 주어야 하고, REM-OFF 스위치를 OFF 해 주어야 한다. REM-ON 스위치가 ON되면 Ach(아세틸콜린)이 중뇌수도관 둘러싼 부위의 PPT에서 분비된다. Ach은 근육, 신경에 작용하고 연상작용을 일으킨다. 낮동안에 이미지는 공상과 망상이 군데군데 끼어드므로 듬성듬성하다. 그러나 밤에 꿈은 Ach이 낮보다 2배가 나오면서 이미지가 매우 촘촘하다. 그래서 꿈은 유난히 생생한 의식이라고 한다. REM-OFF 스위치가 OFF되면 청반핵(LC)에서 NE(노르에피네프린)가 분비되지 않는다. NE는 낮에 나오며 주의집중을 시켜준다. 그래서 수면시에는 분비되지 않으므로 꿈은 기억되지 않는다.

세번째, 꿈은 감정의 시각적 상연이다. 감정을 숨기지 않고 드러낸다. 꿈 해몽은 본인이 안다. 본인의 심적압박이 은유로 나오는 것이다.

네번째, 꿈은 감정의 치료사이다. 세월이 약이 아니라 꿈이 약이다. 외상후증후군을 겪으면 악몽을 연속적으로 꾼다. 이때 놀람반응의 NE가 많이 나와서 정서완화가 안된다. 그래서 꿈이 약이 되지 않아 고통 받는다. 이때 고혈압약이 완화에 효과가 있다. 브레인이 나쁜감정 떨어트리려고 계속 연상하여 꿈을 꾸는데, NE때문에 떨어지지 않다가 고혈압약으로 NE완화해서 떨어지게 하는 것이다. 사회생활에서 생기는 온갖 나쁜 감정은 꿈을 꾸며 치료한다.

다섯번째, 꿈은 4가지가 불일치하고 4가지 증후군이 있다. 시간, 장소, 인물, 행동이 불일치한다. 착각, 작화, 방향감상실, 기억상실이 증후군이다. 착각은 환각과 비슷하다. 감각입력이 없는데 지각이 일어나기 때문이다. 작화는 이야기를 지어낸다는 것으로 인간의 가장 중요한 특징이다. 하루 밤 꿈에서 25가지 이야기를 만들어낸다. 이야기의 예측은 불가능하다. 방향감 상실은 방향을 모른채 어디든지 달려간다. 목적은 감정이기에 내가 뭐 때문에 가는지는 안다. 그러나 은유로 처리하기에 정확히는 모른다. 하두정엽의 우측이 활발히 작동하기 때문이다. 기억은 일화기억이다. 일화는 스토리를 말한다. 꿈은 옛날경험을 불러오는 것이 아니다. 비슷하기는 하지만 꿈은 창작이다. 꿈은 광각렌즈와 같으며 원격연상이다.

꿈의 영화감독은 ACC(전대상회)와 편도체이다. 편도체는 감정의 증폭기이다. 배우는 연합시각영역이다. 랜덤하게 이미지를 불러와서 사건을 비틀어 은유로 바꾸어 새롭게 한다. 꿈에서는 작업기억과 시간성을 주관하는 DLPFC(배외측전전두엽)가 작동하지 않아 옛기억을 ACC와 편도체가 불러 오므로 맥락없고 감정에 변형되어서 나타난다.

꿈은 일회기억이 단절되어 나타난다. 돌아가신 아버지가 꿈에 나타나도 의아해하지 않는다. 왜 그런지는 아직 밝혀지지 않았다.

해마 아래의 EC(Entorhinal Cortex) 중 MEC에 grid cell이 있다. 쥐의 브레인 실험으로 노벨상을 받았는데, 공간감각의 지도가 Grid cell이다. 그래서 쥐는 시각이 없어도 어디에 있는지 안다. Speed map도 발견되었다. 공각과 시간 비가 속도이다. 공간과 시간을 머리 속에서 만들어낸다는 것으로 처리하는 영역을 연구 중이다.

몽골하늘은 공활하다. 쥐의 grid cell은 다른 세계이다. 새는 하늘을 어떻게 볼까? 새는 편광, 자외선을 본다. 그래서 새가 보는 공활한 하늘은 우리가 상상할 수 없다. 에델만이 이야기 한 “문법 속의 자유”로 짐작은 할 수 있지만 “서술의 감옥”에 갇혀서 실재는 알지 못한다.

꿈의 연구는 1950년대부터 시작되었다. 알렌 홉스는 프로이드를 시작한다. 프로이드는 50% 맞지만 100% 틀렸다. 더 큰 문제는 그 틀림으로 인류를 엉뚱한 곳을 보게 하였다. 꿈은 해몽의 대상이 아니다. 꿈은 정신분열상태이며 넌센스이기 때문이다. REM수면의 발견은 DNA발견만큼이나 획기적이었으나 프로이트 이론에 눌려서 50년간 사장되었다. 그런데 아직도 예술, 인문학에서는 프로이트 이론을 옹호한다. 알렌 홉스가 프로이트를 인정해 준 것은 자기이론의 한계를 알고 신경과학이 발달하면 따라가라고 했다는 것이다. 그래서 융은 더 비판한다. 융은 신비주의 결정판이고 과학에 들어오지도 못했다.

매슈 워커의 <우리는 왜 잠을 자야할까?>를 요약해 본다. Sleep spindle은 외부소음을 방지하고 수면을 지속하게 한다. 서파수면은 피질이 기본작동 양식으로 돌아간다. 시상의 감각관문이 REM수면시 열린다. 감정, 동기, 기억 신호들이 뇌피질로 전달된다. NREM수면은 서파수면으로 뇌에너지를 절약하고 경험기억을 공고화한다. REM수면은 재연을 하고 원격영상이고 꿈의 광각렌즈이다. 파충류는 REM 징후가 없다. 조류와 포유류에서 REM수면이 있다. 고래는 REM단계로 들어가지 않았다. REM에서는 근육이 이완되므로 바다밑으로 가라앉으면 안되기 때문이다. 어떤 종이든 REM수면은 좌우 반구 모두에서 나타난다. 철새는 비행 중 몇 초씩 잠을 잔다.

나무 위에서 자는 영장류는 10-15시간 수면을 한다. 그 중 REM수면은 5%이다. 인간은 20-25%가 REM수면이다. 인간은 다른 영장류에 비해 수면시간은 줄어들고 REM수면은 증가하였다. REM은 사회성, 타인의 얼굴표정과 관련된다. 인간은 타인얼굴표정 속에서 산다. REM수면 증가는 사회문화의 복잡성 증가, 인지지능 증가와 관련된다. REM수면이 줄어들면 타인의 얼굴표정을 읽기 어려워진다. 인간에게 배운다는 것은 살아간다는 것과 동의어이다. 인간은 끊임없이 학습하는 원숭이이다.

인간은 복잡한 감정을 처리하는 능력으로 높은 적응력을 가진다. 이때 감정완화역할을 하는 것이 REM수면이다. 그래서 꿈이 약이라고 하는 것이다. REM수면은 이전 기억과 대조하여 원격연상을 한다. 감독이 감정이다. 여기서 창의성이 발휘된다.

인간 아기가 태어나기 마지막주의 REM수면이 12시간이다. 이때 Synaptogenesis가 활발히 일어난다.  0-6개월 사이에 시냅스가 폭발적으로 생성되며 REM수면이 50%이상이다. 이때 정보소스는 엄마의 얼굴이다. 2살부터 사춘기까지 솎아내기를 한다. 6세가 되면 어느정도 가지치기가 되어 학교에 들어가서 논리수업을 받을 수 있다. 이때 가지치기가 잘 안되면 자폐증이 된다. 사춘기의 정신병도 가지치기가 잘 안된 것이다.

자폐아는 일주기리듬이 약화되어 REM수면이 30-50% 줄어든다. 산모의 알코올은 태아의 REM수면을 억제한다. 신생아는 젖을 빨고 바로 REM수면에 빠진다. 젖에는 멜라토닌 생성물질이 많이 들었다. 생후 6개월까지 REM : NREM=1 : 1 이 된다. 10대 이후에는 REM이 20%가 되어 죽을 때까지 지속된다. 왜? 학습을 하기 위해서이다. 만4세가 되면 일주기리듬이 수면행동을 결정한다. 그래서 낮에 깨고 밤에 잔다. 지구상 모든 동물은 일주기를 맞춘다. 마스터 시계가 있다.

NREM 수면은 신경망 가지치기를 한다. 그래서 패턴화된 뇌가 된다. 사춘기가 되면 80%가 패턴화된다. 그래서 어른의 뇌는 개인화된 뇌이다. NREM 수면은 인지, 추론, 비판적 사고를 강화한다. 그래서 깊은 잠을 자면 뇌 성숙이 촉진된다. 조현병, 양극성장애, 우울증, ADHD는 청소년기에 출현하는데 브레인 재구성할 때 제대로 자리잡지 못한 경우이다.

40대 초반부터는 서파수면의 양과 질이 저하된다. 70대가 되면 깊은 잠의 80%가 사라진다. 그래서 불면증 스트레스를 받는다. 나이가 들수록 저녁에 더 일찍 멜라토닌이 분비된다. 그래서 이른 저녁 잠을 자면 좋지 않다. 수면압이 해소되고 아데노신 힘이 소진된다.

18도시가 수면에 적당하다. 심부체온은 1도시 낮추어야 한다. 목욕을 하면 혈관이 확장되어 열방출이 증가하고 체온이 저하되어 수면에 도움을 준다. 저온수면요법은 NREM뇌파를 활발하게 한다.

알렌 홉스의 <프로이트가 꾸지 못한 13가지 꿈>의 내용을 소개한다. 뇌 구조를 그려보면, Prelimbic의 ACC, 편도체, 시상하부가 꿈의 감독이다. 배우는 하두정엽, 시각연합영역이다. 낮의 감독은 배외측전전두엽인데 OFF가 되어 NE와 세로토닌이 나오지 않는다. 이것이 REM-OFF 스위치 OFF이다. PPT에서는 아세틸콜린이 나와야 한다. 이것이 REM-ON 스위치 ON이다. 하두정엽은 공간적통합을 한다. 운동명령은 내려가지만 연수에서 차단을 하여 근육으로 연결되지 않는다. 그러나 너무 강렬한 운동명령은 차단을 내려가서 실재로 움직이기도 한다. 운도명령은 떨어지나 연수에서 차단되어 감각피드백이 없으므로 환각적 운동으로 해석된다.

연수에서 차단은 글리신에 의해서이다. 글리신은 모든 근육을 이완시킨다. 그래서 잘 때 축 늘어진다. 그래서 보리자루처럼 침대에서 떨어질 수 있다. 인간은 600만년전 나무에서 내려와 300만년전부터 직립을 하였다. 그래서 잠은 바닥에서 잔다. 그래서 REM수면이 늘어날 수 있었다. 사회적스트레스가 감정에 쌓인 것을 정서완화를 해 준다. 그래서 인간의 복잡한 사회생활이 가능해진다. REM수면 때는 체온조절이 안되는데 따뜻한 동굴에서 자므로 해결하였다. 성기가 발기되는 것은 아직도 정확한 설명이 안된다.

대뇌기저핵(Basal gangalia)에서 꿈이 동작한다. 운동시작은 일어나나 연속이 안된다. 소뇌가 동작하여 세밀한 움직임이 일어난다. 그래서 꿈은 곡예사이다. 날고, 뛰어내린다. 공간에서 일어나는 일은 하두정엽에서 공간지각을 한다. 감각을 공간시각으로 통합한다. 그래서 꿈은 보고 달리고 놀란다.

뇌파는 3Hz미만의 델타파, 3-7Hz의 세타파, 8-12hz의 알파파, 13-36Hz의 베타파, 30-90Hz의 감마파로 나뉜다. 이 중 델타파는 서파수면, 세타파는 기억인출, 감마파는 기억과 관련된다.

피질에는 860억개의 뉴런이 있다. 시상에는 1억개 뉴런이 있다. 그래서 시상의 뉴런이 피질뉴런을 모두 흥분시켜 주기 어렵다. 이 문제를 해결하라는 진화적 미션을 받은 것이 시상이다. 시상의 기능이 감각중계라는 답은 50점이고, 피질각성(Cortical arousal)이라는 답이 100점이다. 시상의 감각중계는 피질각성이 국부적으로 일어난 일이다.

물고기의 브레인은 구피질이며 관으로 되어 있다. 파충류에서 신피질이 나타나기 시작하며, 포유류에서 신피질 확장으로 말려들어가는 부위가 해마이다.

신경세포만이 전기를 만든다. 의식은 신피질에서 일어나며 직렬성이고, 비의식은 대뇌 신피질 밑에서 일어난다. 소뇌는 고유감각, 균형감각을 담당하며 의식과 관계없다. 생명현상은 국부적환경에 적응한 현상이다. 환경만 주어지면 어떤 생명도 할 수가 있다. 얼굴보는 원숭이가 인간으로 특화되고 언어까지 만들었다. 진화론의 다양성은 상상을 초월한다. 그래서 놀라운 현상이 아니다. ATP합성효소는 30억년전에 DNA보다 먼저 춸현하였다.

꿈은 내용이 중요한 것이 아니라 형식이 중요하다. 방향을 바꾸는 일이 모든 과학분야에서 일어난다. 지금도 매년 일어나는 것이 과학혁명이다.